第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1、原材料選取
按照新版碟形彈簧國家標準GB1972-2005，碟簧材料可以選擇60Si2Mn或50CrV4。從原材料特性來看，硅錳鋼系列材料中的硅能固溶于鐵素體和奧氏體中，可提高鋼的硬度、強度、彈性極限、屈強比和疲勞強度，還能提高材料的回火穩(wěn)定性和抗氧化性；錳能提高材料的淬透性。但硅含量容易產(chǎn)生石墨化現(xiàn)象和增加表面脫碳傾向，并在鋼種易生成硅酸鹽夾雜物，該夾雜物在晶界析出，易導(dǎo)致淬火開裂現(xiàn)象。即便淬火過程中沒有出現(xiàn)開裂，其開裂傾向也會在彈簧加載過程中逐漸放大，導(dǎo)致彈簧壽命降低，最終失效原因為開裂或碎裂。50CrV4中鉻和釩能提高鋼的韌性、強度和彈性極限，降低鋼的過熱敏感性和脫碳傾向，從而改善了碟簧表面質(zhì)量，提高材料的疲勞強度。其淬透性也比硅錳鋼要好。此外鉻釩鋼回火穩(wěn)定性較高，500℃-550℃回火后仍有較高的強度和彈性極限，工作環(huán)境允許達200℃。因此，鉻錳鋼是碟形彈簧材料的首選鋼種，也是DIN2093標準規(guī)定的標準原材料。作為大型碟形彈簧生產(chǎn)廠德國Mubea公司原材料的冷軋和熱處理是在公司內(nèi)進行的，這樣最大可能的保證了原材料質(zhì)量.
2、加工精度
隨著轉(zhuǎn)數(shù)的提高碟形彈簧的加工精度直接影響主軸的穩(wěn)定性和使用壽命。過大的彈簧內(nèi)徑造成主軸高速轉(zhuǎn)動時彈簧過多的向外滑動，由此形成的離心力(F=mω2r)相應(yīng)變大，軸承和主軸的負擔加重.較小的平面度和平行度保證彈簧組內(nèi)單片彈簧受力均勻，彈簧橫向位移變小，彈簧組的垂直性更好。對于碟形彈簧在主軸拉刀機構(gòu)的應(yīng)用Mubea公司專門開發(fā)了高精度碟形彈簧.通過它的特殊邊緣結(jié)構(gòu)導(dǎo)向桿和彈簧之間的摩擦被降低，彈簧疲勞壽命也相應(yīng)增加。
3、噴丸處理
碟形彈簧為中空的錐形環(huán)片，由于其特殊的形狀，加工過程中彈簧上下表面具有不同的應(yīng)力狀態(tài)。通常來講，上表面為壓應(yīng)力狀態(tài)，下表面為拉應(yīng)力狀態(tài)。按照DIN2093標準和中國國家標準要求，承受動態(tài)載荷的碟形彈簧必須進行噴丸處理以改變彈簧表面的應(yīng)力狀態(tài)，使彈簧下表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力狀態(tài)，以提高碟形彈簧的疲勞壽命。因此，成品碟形彈簧不允許進行任何的后續(xù)機械加工。目前，國內(nèi)主軸維修時經(jīng)常遇到購買的標準型號碟形彈簧尺寸不能滿足主軸安裝空間的要求，因而維修商甚至是制造商會對彈簧進行后續(xù)的車削或磨削加工。這種額外的機械加工嚴重改變了碟形彈簧表面或者是內(nèi)外徑邊緣處的應(yīng)力狀態(tài)，從而導(dǎo)致應(yīng)力集中，造成彈簧開裂。幾乎所有的慕貝爾碟形彈簧都在工廠內(nèi)經(jīng)過噴丸處理，從而使產(chǎn)品具有高出DIN2093規(guī)定的疲勞壽命。
4、裝配
在裝配過程中應(yīng)注意以下問題：
碟形彈簧組裝配時，彈簧組兩端要保證彈簧外徑（而不是內(nèi)徑）與安裝空間附件相接觸，如受設(shè)計要求所限，至少要保證受力端是彈簧外徑與安裝空間附件相接觸。
導(dǎo)向桿或?qū)蛱着c彈簧組間保留一定間隙，具體要求可查詢DIN2093標準或中國國家標準GB1972-2005。
導(dǎo)向件導(dǎo)向表面以及與碟形彈簧組兩端相接觸的安裝空間附件表面須做硬化和拋光處理，表面硬度不小于55HRC，表面粗糙度Ra<3.2。
安裝于主軸內(nèi)的碟形彈簧組隨主軸高速旋轉(zhuǎn)，越靠近彈簧組中間部位的單片彈簧，由于受離心力的作用，就越容易偏離彈簧組軸線位置。主軸長度越大，彈簧組總高度也越大，這種現(xiàn)象也越為明顯，這也是導(dǎo)致主軸產(chǎn)生振動的關(guān)鍵原因之一。建議按照下面的公式來選擇彈簧組的高度：
L0≤3De
其中：L0-彈簧組高度
De-碟形彈簧外徑
如受主軸行程和推拉刀載荷的限制，彈簧組高度無法滿足上式要求的話，建議在彈簧組中間增加墊片，使墊片間的彈簧組高度滿足上式要求，墊片表面處理與導(dǎo)向件相同。
雖然影響主軸精度和壽命的因素有很多，但從其維修工作的現(xiàn)狀來看，碟形彈簧的更換工作仍占有相當大的比重，這也從另外一個側(cè)面反映了主軸制造過程中和國外廠家相比關(guān)于碟形彈簧組的設(shè)計選型和裝配工作仍亟待進一步的完善和提高。
第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程
目前，我國各專業(yè)彈簧生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的碟形彈簧同德國廠家生產(chǎn)的同類產(chǎn)品相比，質(zhì)量穩(wěn)定性較差，廢品率也高，無論是在加工精度和外觀，還是在熱處理質(zhì)量等方面均有較大差距。如德國廠家生產(chǎn)的碟形彈簧硬度為HRC46～55，承載力為600～800N，而我國廠家生產(chǎn)的碟形彈簧硬度為HRC42～50，承載力為550～600N。因此，提高碟形彈簧熱處理質(zhì)量是提高我國制造業(yè)的性能和質(zhì)量的重要措施。
碟形彈簧材料為65Mn，用1.2～1.5miTt厚的鋼板沖壓成形，車制刃口后，進行熱處理。要求熱處理后硬度為HRC48～53，圓周平面翹曲變形量≤0.2mm。
1、原工藝及處理后存在的問題
原工藝為：采用簡單卡具在860±10℃的鹽浴爐中加熱30S后，平穩(wěn)地進入260～280℃的硝鹽爐中淬火，保溫30S，取出后空冷至室溫。，采用這種工藝淬火存在的問題，一是熱處理后圓周平面翹曲變形量為0.5～1.0mm，變形嚴重超差；二是硬度偏低。產(chǎn)生以上問題的原因，可能是夾具設(shè)計不合理、淬火加熱溫度偏低或校正不徹底。
2、工藝改進試驗及結(jié)果
碟形彈簧的壁厚僅為1.2～1.5mm，淬火過程中很容易產(chǎn)生翹曲變形，因此工藝改進的思路是：在淬火工序中，適當提高淬火加熱溫度，縮短保溫時間，并設(shè)計一套專用夾具，在保證滿足硬度要求的前提下，盡可能減少變形。實踐表明，要想在淬火過程中完全解決變形問題是困難的，如果再利用鋼材的相變超塑性原理，通過回火校正，則可以進一步減小變形。
1）淬火工藝
為提高生產(chǎn)效率，適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要，可以制做了一批專用淬火夾具，每個夾具上可以裝碟形彈簧20件左右，兩件之間保持15mnq左右的距離。采用鹽浴爐加熱，分級淬火。即在910+-10℃的鹽浴爐中快速加熱20S左右，迅速而平穩(wěn)地進入200～230℃的硝鹽爐中淬火，保溫30S后，取出空冷至室溫。經(jīng)這樣的工藝處理后，對其進行金相組織和硬度檢查，碟形彈簧整個截面均已淬透，且組織均勻一致，硬度達到HRC50～66。
2）回火工藝
碟形彈簧分級淬火后連同夾具一起放人沸水中洗掉鹽污，然后逐個拆卸下來并擦去污漬，裝入回火專用夾具，借助于壓力機壓緊并擰緊螺帽，在井式回火爐中350℃回火3h，出爐空冷，即在夾緊狀態(tài)下加熱回火。如果淬火變形太大，則須在回火中途取出夾具，仍借助于壓力機再次壓緊并擰緊螺母，重新人爐繼續(xù)回火。需要強調(diào)的是在回火過程中取出夾具再次擰緊螺母時，必須注意掌握好時機。若相變已完成，再返回爐中繼續(xù)回火，校正變形已無任何意義。經(jīng)以上淬火、回火工藝處理后，碟形彈簧的硬度為HRC48～53，圓周平面翹曲變形量≤0.2mm，變形
量和硬度均控制在了技術(shù)要求范圍，其變形量合格率達到98％。
第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析
碟形彈簧產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢是向輕量化、高可靠性方面發(fā)展。
1、開展實用的、低成本、高效率的修整技術(shù) 研究 。當前的碟形彈簧制造法或多或少的都存在著制造成本高、效率低、裝置復(fù)雜、操作不易掌握等局限性，所以開發(fā)低成本、高效率、適應(yīng)性廣、工業(yè)化應(yīng)用程度高的碟形彈簧技術(shù)已成當務(wù)之急。
2、開發(fā)碟形彈簧的在線檢測、監(jiān)控、故障自診斷技術(shù)。利用聲信號來判斷工況，對滾輪質(zhì)量進行評估，應(yīng)用計算機對制造過程進行控制，開發(fā)檢測、處理、質(zhì)量評估、控制一體化的制造系統(tǒng)。
3、應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)、實現(xiàn)碟形彈簧的智能化修整。模糊數(shù)學、數(shù)據(jù)庫、以范例和模型為基礎(chǔ)的決策系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等理論與技術(shù)的發(fā)展及其在制造業(yè)中的成功應(yīng)用，為碟形彈簧技術(shù)的智能化提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。
4、開發(fā)遠程控制系統(tǒng)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對制造過程進行遠程操作、管理、臨控與診斷。
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